JP6328344B2 - 汚損の防止に適した海洋ケーブル装置 - Google Patents

Description

本開示は、一般的に防汚（anti-fouling）と呼ばれる、汚損の防止に適した海洋ケーブル装置（marine cable device）に関する。本開示は、具体的には、アンビリカル（umbilicals）又は地震ストリーマーケーブル（seismic streamer cables）のような海中ケーブルの防汚に関する。

生物付着（Biofouling）又は微生物的汚損（biological fouling）は、表面への微生物、植物、藻類及び／又は動物の蓄積である。生物付着性生物の間の多様性は、非常に多様であり、フジツボ及び海藻の付着をはるかに超えて広がる。いくつかの推定によれば、４０００を超える生物を含む１８００を超える種が生物付着の原因となっている。生物付着は、バイオフィルム形成及びバクテリア付着を含むミクロ生物付着（microfouling）、並びにより大きな生物の付着であるマクロ生物付着（macrofouling）に分けられる。それらが積もることを何が妨げるのかを決定する明確な化学的性質及び生態のために、生物はまた、ハード（hard）又はソフト（soft）汚損タイプ（fouling types）として分類される。石灰質の（ハード）汚損生物には、フジツボ、皮殻で覆っているコケムシ、軟体動物、多毛虫及び他のチューブワーム、並びにゼブラマッセルが含まれる。非石灰質の（ソフト）汚損生物の例は、海藻、ヒドロイド、藻類及びバイオフィルム「スライム」である。一緒に、これらの生物は汚損コミュニティを形成する。

幾つかの状況において、生物付着は重要な問題を引き起こす。機械が作動を停止し、給水口が詰まり、熱交換器が低下した性能に見舞われる。したがって、防汚のトピック、すなわち、生物付着が形成することを除去する又は防ぐプロセスは良く知られている。工業プロセスでは、バイオ分散剤が生物付着を制御するために使用されることができる。制御されていない環境では、生物は、殺生物剤、熱処理又はエネルギパルスを用いて殺される又はコーティングではじかれる。代替的には、特定の構造上に既に形成された汚損を除去するための機械的構造が開発される。

幾つかの海洋ケーブル装置が、動いている海洋構造物又は静止海洋構造物で使用されている。海中アンビリカルは、必要な制御、エネルギ（電気、油圧）及び化学物質を、海中の油井及びガス井、海中のマニホールド並びに遠隔操作ビークルのような遠隔制御を必要とする任意の海中のシステムに供給するために海底（海洋底）上に展開されるもののうちの１つである。海中の介在アンビリカル（Subsea intervention umbilicals）はまた、沖合掘削又は改修活動（workover activities）のためにも使用される。アンビリカルの質量は、汚損が成長し始めるにつれて変化する。これは、全ての係留要素（mooring elements）に追加的な負荷をもたらす。これは、システムの振動周波数が水の波の周波数と同調する場合にさらに悪化する。したがって、アンビリカルの外表面の汚損は望ましくない。

海洋ケーブル装置がしばしば使用される他の領域は、海洋地震探査（marine seismic surveying）である。海洋地震探査は、典型的には、水の表面の近くで曳航されるケーブルを使用して実行される。この場合の海洋ケーブル装置は、しばしば、「ストリーマー」と呼ばれ、これは、最も一般的な意味で、地震探査船（seismic vessel）によって曳航される海洋ケーブル装置である。この実施形態のケーブルは、その上にケーブルの長さに沿って間隔を空けた位置で配置される複数の地震センサを有する。地震センサは、典型的には、ハイドロホンであるが、水の圧力に、又は時間に対するその中の変化に反応する任意のタイプのセンサであることができる。典型的な海洋地震ケーブル装置は、長さが最高数キロメートルであり得るとともに、数千の個々の地震センサを含み得る。ケーブルへの汚損の蓄積は、信号伝達の忠実性を妨げるとともにケーブルの抵抗を増加させることがある。

このような海洋ケーブル装置のための防汚装置が技術分野で知られている。特許文献１及び特許文献２は、海洋ケーブル装置のための機械的な防汚システムに関連している。

米国特許出願公開第２０１１／１９７９１９号 特開２０１２−０４０５３８号

海洋ケーブル装置の外表面への生物付着は、深刻な問題を引き起こす。主な問題は、その質量又はノイズレベル等のようなケーブルの特性の変化である。これは、ケーブルが設計されたようにその機能を提供できないこと、あるいはケーブル又はケーブルが取付けられている全体構造への問題を引き起こすさらなる物理的現象をもたらす。

生物付着に寄与する多数の生物がある。これは、バクテリア及び藻のような非常に小さい生物を含むが、甲殻類のような非常に大きいものも含む。環境、水の温度、及びシステムの目的は全てここでは役割を果たしている。ボックスクーラーの環境は、生物付着に理想的に適している：冷却されることになる流体は、中間の温度まで温まり、水の一定の流れは、栄養分及び新しい生物を持ち込む。

したがって、防汚のための方法及び装置が必須である。しかし、従来技術のシステムは、それらの使用において非効率的であり、定期的なメンテナンスを必要とし、かつ実行するのに費用がかかる。したがって、本発明の態様は、添付の独立請求項による代替防汚システムを備える海洋ケーブル装置を提供することである。従属請求項は、有利な実施形態を規定する。

これにより、光学的な方法、特に紫外線光（ＵＶ）を使用することに基づくアプローチが提示される。たいていの微生物は、「十分な」ＵＶ光で、殺される、不活性化される又は繁殖できなくなるようである。この効果は、主にＵＶ光の総投与量によって支配される。ある微生物の９０％を殺すための典型的な投与量は、１平方メートルあたり１０ｍＷ時である。

本発明による海洋ケーブル装置は、海底に又は海底から、データ、電気、水、ガス又は油の少なくとも１つを供給及び／又は輸送してもよい。代替的には、それは、外表面に沿って、少なくとも１若しくは複数のセンサ、光学及び／又は電気機器を担持してもよい。この点では、あらゆる全ての水中ケーブル様構造が本発明の範囲内にある。このようなケーブル装置は、船、静止海洋構造、沖合構造又は地震探査構造で使用されることがある。

本発明による海洋ケーブル装置は、使用中に少なくとも一時的に水に晒されるその外表面に沿った生物付着を防ぐ又は減少させるように構成される。海洋ケーブル装置は、少なくとも１つの光源によって発生する防汚光の少なくとも一部を受光するように構成される少なくとも１つの光学媒体を有し、光学媒体は、前記防汚光の少なくとも一部を前記外表面の少なくとも一部の上に供給するように構成される少なくとも１つの放射面を有する。

特定の実施形態では、海洋ケーブル装置はさらに、光学媒体によって受光されることになる防汚光を発生するように構成される少なくとも１つの光源を有する。

実施形態では、海洋ケーブル装置の光源によって放射される防汚光は、約２２０ｎｍから約４２０ｎｍの範囲の、好ましくは約２６０ｎｍのＵＶ又は青色波長の中にある。適切な防汚レベルは、約２２０ｎｍから約４２０ｎｍの、特に約３００ｎｍより短い波長の、例えば、ＵＶ−Ｃとして知られているものに対応する約２４０ｎｍから約２８０ｎｍの、ＵＶ又は青色光によって達せられる。５−１０ｍＷ／ｍ^２（ミリワット／平方メートル）の範囲の防汚光強度が使用されることができる。代替的には、ＵＶ−Ａ及びＵＶ−Ｃ光の組合せも使用されることができる。防汚光の明らかに高い投与量もまた、より良い結果とは言わないまでも、同じことを達成するであろう。

ＵＶＡ光が防汚光として使用される上述の実施形態の変形において、光学媒体の外側は、ＴｉＯ２はＵＶＡから保護する物理的な日焼け止めであるので、ＴｉＯ２で被覆される。

海洋ケーブル装置の実施形態では、光源はレーザであり、少なくとも１つの光学媒体は、レーザ光源によって供給される（fed）透明ファイバの形態である。レーザ光源は、好ましくは、水の外側にあるファイバの端部の近くに配置されるとともに、この端部から防汚光を供給するように構成される。ファイバは、防汚光をその長さを通して案内し、防汚光をその上にそれが結合されるケーブルの外表面に供給する。したがって、汚損は、防汚光が供給される外表面上で防がれる又は減少される。

海洋ケーブル装置の実施形態では、光学媒体は、石英及び／又はガラスで作られる。明らかに、プラスチックの代替形態も、光学媒体の製造に使用することができる。光学媒体は、好ましくは、これらの材料からセミフレキシブルロッド形態（a semi flexible rod form）に押し出される。

海洋ケーブル装置の実施形態では、複数の放射面が光学媒体上に配置される。したがって、防汚光は、均一な方法でケーブルの外表面上にアウトカップリングされ（out-coupled）、したがって、効果的な防汚がケーブルの所望の長さ全体に渡って達成される。

海洋ケーブル装置の実施形態では、海洋ケーブル装置の長さの少なくとも一部に沿ってファイバの形態の１より多い光学媒体が設けられる。このような実施形態は、例えば、防汚光の十分な投与量が海洋ケーブル装置の外表面に供給されることを確実にするよう防汚光に冗長性を提供することが必要な場合に、適している。この実施形態の変形では、光学媒体は、異なる屈折率及び／又は波長を備えてよい。代替的には、各光学媒体に防汚光を供給する光源は、異なる波長で光を供給できる。したがって、異なる色の防汚光が同時に供給されることができる。代替的には、複数の光学媒体はまた、最適な防汚効率のためのＵＶ投与量の所望のレベルを達成するために、ＵＶＡ及びＵＶＣを同時に供給するように使用されることもできる。

必要な殺菌量は、既存の低コスト、低出力ＵＶ ＬＥＤでも容易に達成されることができる。ＬＥＤは、一般的に、比較的小型のパッケージに含められることができ、他のタイプの光源よりも少ない電力を消費することができる。ＬＥＤは、様々な所望の波長の（ＵＶ）光を放射するように製造されることができ、それらの動作パラメータ、中でも注目すべきは出力電力が高度に制御されることができる。したがって、海洋ケーブル装置の別の実施形態では、発光ダイオードの形態の光源のアレイが使用される。

この実施形態の変形では、ＬＥＤ光源のアレイは、好ましくは、光学媒体に埋め込まれ、この光学媒体は、フィルムの形態のＵＶ透過性シリコーン組成物であり、このフィルムは、次に、防汚光を外面に供給するように、ケーブルの外面に貼り付けられる（applied）。この実施形態では、ＬＥＤ間の距離は、ＵＶ光の吸収及び開口角度に基づいて決定されるべきである。

代替実施形態では、ファイバの形態の光学媒体は、ＵＶ透明シリコーン層であるさらなる光学媒体の中に埋め込まれることも可能である。この実施形態では、シリコーン層の形態の二次光学媒体が、ケーブルの外表面の領域に向かってファイバの形態の第１の光学媒体からの防汚光をさらに案内する。

本発明の代替実施形態では、その中に光源又はさらなる光学媒体が埋め込まれる光学媒体は、中間の透明なシリコン及び外側のより堅いがより吸収性のシリコーン層のような異なるタイプの材料のサンドイッチであることができる。別の可能性は、小さいエアチューブが層に含まれる、空気エンクロージャの追加である。代替的には、石英が空気の代わりに使用されることもできる。

海洋ケーブル装置の好適な実施形態では、光学媒体は、ケーブルの外表面の周りに巻きつけられる。したがって、防汚光が、ケーブルの外表面に均一な方法で供給されるとともに、据え付けの容易さが達成される。

上述の実施形態の変形では、海洋ケーブル装置の長さの少なくとも一部に沿って可変ピッチで巻きつけられ、ピッチ角が、より大きい汚損リスクを伴う領域においてより小さいように配置される。例えば、ピッチ角は、案内される光の強度が移動する距離によって減少するので、ケーブルが水中でより深く移動するにつれて減少し得る。したがって、防汚光の均一な分布が長さにわたって達成されることができる。一方、光学媒体が水中にさらに深く達するにつれて、海中の環境特性は、深さの後に（after a depth）より少ない付着が予想されるように変化する。この場合、ピッチ角は、汚れレベルと外面に供給される防汚光との間の関係を最適化するように、ある深さの後で増加される。

代替実施形態では、光学媒体は、ケーブルコアに平行な直線上に、ケーブルの外表面上で長手方向に配置される。したがって、最終的な包装が行われる前に、コア、外表面及び光学媒体が一緒に組み立てられる製造の容易さが達成される。

実施形態では、海洋ケーブル装置は、外表面によって吸収される防汚光の量を減少させるとともに起こり得る汚損領域に向かってより多くの防汚光を案内するように、光学媒体とケーブルとの間に反射層を有する。

実施形態では、海洋ケーブル装置は、反射層と外表面との間に少なくとも１つのスペーサを有する。したがって、空気又は水の小さい層が、水及び空気の両方がよりＵＶＣを吸収するので、効率を向上させるように作られる。

実施形態では、海洋ケーブル装置は、光源にエネルギを供給するためにエネルギを収集するための手段を有する。したがって、したがって、外部電源の必要性が最小限にされ、システムのコスト効率が向上する。

上述の実施形態の変形では、収集するための手段はペルチェ素子である。この実施形態では、海底から上向きに上昇する暖かい流体及び対応する温度差が、ペルチェ素子を介してエネルギを収集するために使用される。

海洋ケーブル装置の実施形態では、光学媒体は、全ての海底構造物が主として水中での視認性を向上させるために黄色を有することが望まれるので、黄色の輝きを生成するように着色される又は蛍光粒子を含む。

海洋ケーブル装置の実施形態では、光学媒体はまた、いくらかの光がそれらに漏れる、小さな側枝を有してもよい。したがって、防汚光は、ケーブルの外表面の全領域に亘ってより良好に分布される。

ケーブルの外表面は、それぞれ分離した防汚光源を有するセクションで覆われることができる。例えば、ファイバの形態の光学媒体は、ケーブルの所望の深さ／長さにまっすぐ下がり、そこから螺旋状になり始めてよい。防汚光源は、水の上に置かれたままであり得る。

用語「有する」は、用語「有する」が「から成る」を意味する実施形態も含んでいる。用語「有している」は、一実施形態では、「から成る」を意味するが、他の実施形態では、「少なくとも規定された種を含み、オプションで１又は複数の他の種を含む」ことも意味する。

そのように用いられている用語は適切な状況下において置き換え可能であり、本明細書で説明される本発明の実施形態は、本明細書中に説明されている又は図示されている順序ではない他の順序で動作可能であることが理解されるべきである。

上述の実施形態は本発明を限定するものではではなく説明しており、当業者であれば添付の特許請求の範囲から逸脱することなく多数の代替の実施形態を設計できることが留意されるべきである。特許請求の範囲では、括弧内に配されたいかなる参照符号もが特許請求の範囲を限定するように解釈されるものではない。要素の前の冠詞“a”又は“an”は、複数のそのような要素の存在を排除するものではない。或る方策が互いに異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に用いられることができないことを示していない。

本発明はさらに、説明に記載される及び／又は添付の図面に示される特徴的な機能の１又は複数を有する装置に当てはまる。

この特許出願で論じられる様々な態様は、追加の利点を提供するために組み合わされることができる。さらに、特徴の幾つかは、１又は複数の分割出願の基礎を形成することができる。

本発明の実施形態がここに、添付の概略図を参照して、単なる例として記載され、これらの図面において対応する参照符号は対応する部品を示している。

海洋ケーブル装置の実施形態の概略図である。 海洋ケーブル装置の他の実施形態の概略図である。 海洋ケーブル装置の実施形態の概略図であり、光学媒体が可変ピッチで外表面に沿って巻かれている。 海洋ケーブル装置の実施形態の概略図であり、ファイバの形態の複数の光学媒体が使用されている。 スペーサを有する海洋ケーブル装置の実施形態の概略図である。

図面は必ずしも縮尺通りではない。

開示が図面及び前述の記載に詳細に図示され且つ記載されているが、このような図及び説明は例証又は実例又は例示と見なされるべきであり、限定的と見なされるべきではない。本開示は開示される実施形態に限定されるものではない。図面は概略的であって、必ずしも縮尺通りではないこと、及び本発明を理解するために必要でない詳細は省略されていることがあることがさらに留意される。用語「内側」、「外側」、「沿って」、「長手方向」、「底部」等は、特に指定がない限り、図面で方向付けられるような実施形態に関連する。さらに、少なくとも実質的に同一である又は少なくとも実質的に同一の機能を実行する要素は、同じ数字によって示される。

図１は、実施形態として、使用中に少なくとも一時的に水に晒される、その外表面（１２００）に沿った生物付着を防ぐ又は減少させるように構成される海洋ケーブル装置（１）の概略図を示す。この実施形態では、海洋ケーブル装置（１）はさらに、防汚光を発生するように構成される少なくとも１つの光源（２）及び防汚光（２１１）の少なくとも一部を受光するように構成される少なくとも１つの光学媒体（２２０）を有し、光学媒体（２２０）は、前記防汚光（２１１）の少なくとも一部を前記外表面（１２００）の少なくとも一部の上に供給するように構成される少なくとも１つの放射面を有する。この実施形態では、光源（２）はレーザであり、１つの光学媒体（２２０）は、前記レーザ光源（２）によって供給されるＵＶ透明ファイバの形態である。この実施形態では、光学媒体（２２０）は、外表面（１２００）に沿って巻きつけられる。この実施形態による海洋ケーブル装置（１）は、その中にＵＶ透明ファイバの形態の第１の光学媒体（２２０）が埋め込まれるＵＶ透明シリコーン層の形態のさらなる光学媒体（２２５）を有する。さらに、この実施形態では、海洋ケーブル装置（１）は、光学媒体（２２０）と外表面（１２００）との間に反射層（２３０）を有する。

図２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の形態の光源（２）のアレイを有する代替実施形態を示す。光学媒体（２２５）は、その中にＬＥＤ光源（２）が埋め込まれるＵＶ透明シリコーン層である。この特定の実施形態では、光学媒体（２２５）は、長く狭いテープの形態であり、光源（２）は、光を光学媒体（２２５）の全長に沿って最適な数の光源（２）で供給するように、前記テープの上部及び底部に交互に配置される。さらに、この実施形態でも、海洋ケーブル装置（１）は、光学媒体（２２０）と外表面（１２００）との間に反射層（２３０）を有する。

図３は、海洋ケーブル装置（１）のさらなる実施形態を示し、光学媒体（２２０）は、海洋ケーブル装置（１）の長さの少なくとも一部に沿って可変ピッチで巻きつけられ、ピッチ角は、より大きい汚損リスクを伴う領域においてより小さいように配置される。

図４は、海洋ケーブル装置（１）の長さの少なくとも一部に沿ってファイバの形態の１より多い光学媒体（２２０、２２２）を有する海洋ケーブル装置（１）の代替実施形態を示す。この実施形態では、光学媒体（２２０、２２２）は、異なる屈折率及び／又は波長を有する。

図５は、反射層（２３０）と外表面（１２００）との間に１より多いスペーサ（２４０）を有する海洋ケーブル装置（１）の代替実施形態を示す。複数のスペーサ（２４０）は、反射層（２３０）と外表面（１２００）との間の空気又は水の均一な層を提供し、したがって、より少ない防汚光（２１１）が吸収され、その結果より多くが汚損を伴う領域に供給されるように構成される方法（organized manner）で配置される。

特定の実施形態に関して又は特定の実施形態と関連して論じられた要素及び態様は、明示的に別のことが述べられない限り、他の実施形態の要素及び態様と適切に組み合わされてよい。本発明は、好適な実施形態を参照して説明されている。修正及び変更は、上記詳細な説明を読みかつ理解することによって、他の人にも想到可能であろう。本発明は、そのような修正及び変更もすべて、添付の請求項及びそれらの均等物の範囲内に入る限り、含まれると解釈されることを意図している。汚損は、川又は湖又は冷却装置が水と接触している任意の他の領域でも起こり得るので、本発明は概して、水による冷却に適用可能である。

Claims (14)

1. 使用中に少なくとも一時的に水に晒される、外表面に沿った生物付着を防ぐ又は減少させるように構成される海洋ケーブル装置であって、
   前記海洋ケーブル装置は、防汚光を受光するように構成され、前記外表面に沿って巻きつけられる少なくとも１つの光学媒体を有し、
   前記光学媒体は、受光した前記防汚光の少なくとも一部を前記外表面の少なくとも一部の上に供給するように構成される少なくとも１つの放射面を有する、
   海洋ケーブル装置。
2. 前記防汚光を発生するように構成される少なくとも１つの光源をさらに有する、
   請求項１に記載の海洋ケーブル装置。
3. 前記防汚光は、ＵＶ−Ａ光及びＵＶ−Ｃ光の１又は複数を含む、
   請求項２に記載の海洋ケーブル装置。
4. 前記光源はレーザであり、前記少なくとも１つの光学媒体は、前記レーザの光源によって供給されるＵＶ透明ファイバの形態である、
   請求項２又は３に記載の海洋ケーブル装置。
5. 多数の放射面が、均一なアウトカップリングを提供するように配置される、
   請求項３又は４に記載の海洋ケーブル装置。
6. 前記海洋ケーブル装置の長さの少なくとも一部に沿ってファイバの形態の１より多い前記光学媒体を有する、
   請求項３乃至５のいずれか１項に記載の海洋ケーブル装置。
7. 前記光学媒体は異なる屈折率及び／又は波長を有する、あるいは、前記光源は、前記光学媒体に異なる波長で前記防汚光を供給する
   請求項６に記載の海洋ケーブル装置。
8. 発光ダイオードの形態の前記光源のアレイを有する、
   請求項２又は３に記載の海洋ケーブル装置。
9. 前記光学媒体は、中に前記光源及び／又はさらなる光学媒体が埋め込まれるＵＶ透明シリコーン層である、
   請求項２乃至８のいずれか１項に記載の海洋ケーブル装置。
10. 前記光学媒体は、前記海洋ケーブル装置の長さの少なくとも一部に沿って可変ピッチで巻きつけられる、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の海洋ケーブル装置。
11. 前記光学媒体と前記外表面との間に反射層を有する、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の海洋ケーブル装置。
12. 前記反射層と前記外表面との間に少なくとも１つのスペーサを有する、
    請求項１１に記載の海洋ケーブル装置。
13. 前記海洋ケーブル装置は、データ、電気、水、ガス又はオイルの少なくとも１つを供給する及び／又は送る、あるいは前記外表面に沿って少なくとも１又は複数のセンサ、光学及び／又は電気機器を担持する、
    請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の海洋ケーブル装置。
14. 前記海洋ケーブル装置は、船、静止海洋構造物、沖合構造物及び地震探査構造物からなるグループから選択される構造で使用される、
    請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の海洋ケーブル装置。

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